Instrumentación y automatización de un motor Diesel industrial. Comparativa de prestaciones con combustibles alternativos.

Rodríguez Barrios, Alberto (2017). Instrumentación y automatización de un motor Diesel industrial. Comparativa de prestaciones con combustibles alternativos.. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Instrumentación y automatización de un motor Diesel industrial. Comparativa de prestaciones con combustibles alternativos.
Autor/es:
  • Rodríguez Barrios, Alberto
Director/es:
  • Burón Caballero, José Manuel
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Fecha: Febrero 2017
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Energética
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El presente Proyecto trata de desvelar la viabilidad técnica del aprovechamiento de aceite industrial residual como combustible alternativo para motores de ciclo Diesel o Diesel-Brayton. Se enmarca como primer paso hacia la introducción de un nuevo producto en el mercado, encaminado a la gestión de residuos y valorización energética de los mismos. Dicho hipotético producto debería superar un conjunto de viabilidades técnica, económica, ambiental, legal, ética, comercial y financiera. En este Documento se sientan las bases para validar la fase de viabilidad técnica, no en toda su extensión, pero si en forma de primeros ensayos. El alcance del proyecto podría ser mucho más extenso, pero dada la escasez de recursos humanos y económicos, se ha tenido que ceñir a unos objetivos muy acotados, descritos en los apartados correspondientes. Dado que el papel lo soporta todo, la única manera de comprobar la verosimilitud de la idea germen consiste en diseñar, construir y probar un equipo de demostración en el laboratorio, de manera que la realidad hable por sí sola. El diseño y construcción del equipo de demostración ha consumido gran parte de los recursos del Proyecto, de modo que sólo se han podido hacer unos pequeños ensayos de funcionamiento para constatar que el motor es capaz de funcionar utilizando aceite industrial como combustible, y obtener algunos datos de interés. El trabajo ha sido desarrollado en el Laboratorio de Motores de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid, bajo la experta dirección de D. José Manuel Burón Caballero. Se ha adecuado un grupo motor-freno instalado en la Celda nº2 para el ensayo con combustibles alternativos, y se ha desarrollado una compleja instrumentación sobre él. Dado el enorme interés del Sr. Burón para el remozamiento y actualización del Laboratorio de Motores a los estándares exigidos por un mundo muy cambiante en el paradigma tecnológico, se ha considerado adecuado fabricar un equipo de adquisición de datos y control del grupo motor-freno. Se trata de un equipo robusto, resistente, universal y extrapolable a otras aplicaciones del mismo laboratorio, basado en un moderno control electrónico por ordenador y en la potencia de los microcontroladores Arduino. En el laboratorio se han desarrollado con anterioridad otros proyectos bajo la tutela del Sr. Burón para la incorporación de controles electrónicos en diversos motores, trabajos que han sido analizados en la fase de documentación del presente, para aprovechar los esfuerzos de los compañeros y avanzar más rápidamente. Se han contabilizado seis proyectos basados en control mediante los microcontroladores de tipo Arduino. El proyectista ha partido de unas experiencias previas en el uso de combustibles alternativos, como se justifica en los anexos, debido fundamentalmente a los siete años de desempeño laboral como Profesor de Secundaria en el área de Automoción en la Comunidad de Madrid. En el capítulo de Anexos se pueden valorar parte de las experiencias previas. Sin embargo, el proyectista no ha trabajado anteriormente con microcontroladores, de modo que este aspecto ha supuesto un verdadero reto. Además se han puesto en valor los amplios conocimientos de ingeniería atesorados durante los años de estudio en la Universidad, dado el carácter eminentemente multidisciplinar del Proyecto. Los trabajos se han extendido desde el mes de septiembre de 2016 hasta el 2 de febrero de 2017. En los escasos cinco meses de labor se han hecho y simultaneado numerosas tareas, como puede apreciarse en el diagrama de Gantt del capítulo de Planificación temporal. Si se tiene en consideración el volumen de trabajo y el plazo de ejecución, se aprecia una alta dedicación. El Proyecto ha requerido 600h de trabajo, ejecutadas en 120 días, con una dedicación diaria media de 5h. Las principales tareas pueden agruparse en los siguientes bloques: o Documentación y revisión estado del arte o Adecuaciones sobre la celda o Adecuaciones sobre motor y freno o Diseño conceptual o Gestión de compras o Dibujo de esquemas eléctricos y planos o Mecanizado equipo de adquisición de datos o Ensamblado equipo de adquisición de datos o Cableado e instalación eléctrica motor o Programación de microcontroladores o Ensayos con el motor o Redacción del informe técnico Como proyecto de índole investigadora, la planificación temporal original del mismo ha sido supeditada a diversas modificaciones derivadas principalmente de los caprichos de la electrónica, así como de algunas averías y disfunciones en el grupo motor-freno, ciertamente inesperadas. Como ejemplos, los diversos quebraderos de cabeza originados por una bomba de agua defectuosa, o las dificultades para la adquisición de datos por problemas de código poco robusto o ruido electromagnético, que han tenido que ser superadas con un aporte extra de esfuerzo y dedicación. Se han convertido en problemas muy habituales el incorrecto funcionamiento de un código de programación que de forma separada funcionaba perfectamente, teniendo que analizar y probar numerosas opciones hasta dar con la solución al problema. También ha sido especialmente difícil la construcción del equipo de adquisición de datos, por el mínimo espacio disponible, que ha obligado a ser muy cuidadoso con la colocación de los distintos componentes. Dentro del equipo de adquisición de datos hay más de 400 soldaduras o conexiones, de modo que durante su elaboración ha sido imprescindible una correcta documentación de esquemas, a fin de evitar errores de montaje, así como una excelente concentración y un orden preciso. El Proyecto no hubiera alcanzado la calidad de ejecución presente de no ser por las habilidades del proyectista para el uso de las herramientas y máquinas disponibles en el laboratorio o en su propio taller. Así se han podido ejecutar unos acabados "de fábrica" y unos cableados similares a los que se pueden encontrar en equipos comerciales, con una total trazabilidad documental y un ensamblaje meditado y robusto. Los trabajos realizados se pueden resumir en: o Preparación de un grupo motor-freno para el ensayo con combustibles alternativos. o Diseño, construcción y prueba de un equipo de control y adquisición de datos entre el grupo motor-freno y el ordenador, con una calidad de ejecución elevada. o Programación del equipo de adquisición de datos para automatizar las lecturas de datos y llevarlas, por puerto serie, al ordenador. o Prueba del conjunto y ensayos iniciales con combustibles alternativos. o Elaboración de una exhaustiva documentación técnica del Proyecto, no dejando al azar ningún detalle por menor que parezca. Además se ha querido incluir en la memoria un cierto registro formativo, de modo que el presente Proyecto pueda servir para transmitir a futuros alumnos buen número de los aprendizajes adquiridos durante los trabajos. El presente Documento, dada su importante extensión, viene estructurado en un Índice paginado. La Introducción pone en relieve los antecedentes y la justificación del trabajo. Un capítulo aparte merecen los Objetivos, que vienen redactados de forma clara y concisa, delimitando el alcance del Proyecto. El capítulo de Metodología, conforma el grueso del Documento. Dentro de la Metodología se aborda desde la fase de documentación hasta el diseño experimental, pasando por todos los escalones intermedios. En dicho capítulo se explica de manera pormenorizada cada aspecto de los aquí expuestos: o Fase de documentación o Descripción de la celda de ensayo o Acondicionamiento de la celda o Adaptaciones del grupo motor-freno y puesta a punto o Diseño conceptual del equipo de adquisición de datos o Selección de componentes para la construcción del equipo o Ensamblado del equipo de adquisición de datos o Arduino. Historia y aprendizaje del lenguaje de programación o Programación de los módulos Arduino o Diseño de las estrategias de operación o Diseño experimental. Preparación del combustible alternativo Posteriormente está el capítulo de Resultados, en el que se prueba el equipo, con conclusiones muy satisfactorias; y se hacen unas pruebas iniciales con combustibles alternativos. En el capítulo de Conclusiones se extractan los aprendizajes de importancia capital y se puede concluir que el proyecto presenta viabilidad técnica pero requiere investigación y trabajo adicional. Como se ha especificado, se incluye una Planificación temporal y un Presupuesto de ejecución. Los Planos sintetizan toda la información técnica relevante, aunque es el capítulo de Metodología el que les da sentido. Se incluyen también Índice de figuras y fotografías, e Índice de tablas, así como unos nutritivos Anexos que constituyen una parte pequeña pero importante de la documentación analizada para la gestión del Proyecto en su conjunto.

Más información

ID de Registro: 45214
Identificador DC: http://oa.upm.es/45214/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:45214
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 16 Mar 2017 07:41
Ultima Modificación: 16 Mar 2017 07:41
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